Teoria
De
Bases de dados
A informática na empresa ...2
Da dependência à independência dos dados...3
Os três níveis da arquitectura de um SGBD...6
Funções e estrutura de um SGBD...7
Operações de definição e alteração da estrutura de uma BD...7
Operações de manipulação de dados sem alteração da estrutura da BD ...7
Operações de controlo de dados ...8
O que é uma Base de Dados?...9
Vantagens na utilização de BD’s...9
Esquema e Instância de uma Base de Dados ... 11
Modelos de Bases de Dados... 11
Modelos baseados em objectos: ... 11
Modelos baseados em registos: ... 11
Modelo Hierárquico... 12 Modelo de rede ... 12 Modelo Entidade-Relacionamento... 13 Entidades ... 13 Relacionamentos ... 13 Atributos e Ocorrências... 14
Valores e Domínios dos atributos ... 14
Tipos de atributos... 15
Atributo Identificador ... 15
Chave Primária ... 16
Chave Estrangeira ou Externa ... 17
Relacionamentos entre entidades... 17
Tipos de Relacionamentos ... 18 Grau de Relacionamento... 19 Qualidade de participação... 20 Derivação de tabelas ... 20 Normalização de tabelas ... 22 1ª Forma Normal (1ª FN) ... 23 Dependência funcional... 25 2ª Forma normal (2ª FN)... 26 3ª Forma normal (3ª FN)... 28
2
A informática na empresa
Ao longo dos tempos a informática deixou as áreas exclusivamente técnicas e científicas para se tornar uma ferramenta de uso geral em qualquer sector da actividade humana. Se há uns anos atrás o grande problema residia na limitação à quantidade e capacidade de processamento de informação que era possível tratar num computador, hoje em dia a tecnologia permite ultrapassar isso, criando, no entanto, um outro problema que é a qualidade dessa informação.
As novas tecnologias permitem também explorar melhor as capacidades do computador. A informação deixou de ser apenas texto (símbolos ou caracteres), e passou a incluir imagens e sons. Abrem-se novos campos para a exploração dos sistemas de informação.
Sendo as empresas os locais onde mais intensivamente se utiliza a informática, é também nelas que as necessidades e quantidades de informação são maiores. O aumento de potência dos sistemas informáticos, assim como a sua aplicação a todos as áreas da empresa, proporciona quantidades de informação gigantescas quando comparadas com alguns anos atrás.
A necessidade das organizações em possuir um sistema de gestão mais eficaz torna-as cada vez mais dependentes da informação existente e dos métodos para a tratar. O tempo das enormes e fastidiosas listagens de computador já passou, hoje a informação tem de ser compreensível, completa, fácil e rápida de obter.
É num contexto de necessidade de informação cada vez maior que se insere o aparecimento dos Sistemas de Gestão de Bases de Dados (SGBD). Estes sistemas são um conjunto de programas que fazem uma gestão autónoma da informação, de acordo com um modelo preestabelecido e adaptado à empresa.
Deste modo vários programas concebidos em diferentes linguagens, por diversos programadores e executando funções específicas, podem aceder à mesma informação. Esta deixa de ser propriedade dos departamentos da empresa e é agora encarada como uma entidade única e autónoma à qual vários e diferentes utilizadores recorrem.
Base de Dados
SGBD
Da dependência à independência dos dados
O Sistema de Gestão de Bases de Dados gere toda a informação contida na base de dados e constitui o interface entre a informação e os utilizadores, quer sejam utilizadores finais quer sejam programadores.
Utilizadores
Fig. 1 – SGBD: O interface entre utilizador e a base de dados
Inicialmente as aplicações informáticas destinadas a gerir os sistemas de informação das organizações (empresas, administração pública, etc...), tinham uma característica: os dados eram dependentes dos programas de aplicação que os geravam e manipulavam.
Esta característica logo revelou os seus problemas:
Limitação por parte dos utilizadores às estruturas de dados definidas pelos programadores;
A alteração da estrutura da informação, como por exemplo, incluir ou retirar campos num ficheiro de base de dados, implicava que os programadores tivessem de alterar os programas de aplicação que operavam sobre estes dados;
A dependência dos dados relativamente às aplicações implicava que a alteração das estruturas de dados levava quase sempre a uma reintrodução dos dados visto ser necessários adaptá-los aos novos programas e novos formatos definidos;
Numa mesma organização, a informação encontrava-se repartida e repetida em diversos locais, pois cada departamento criava os seus programas de aplicação de forma autónoma e de acordo com as suas necessidades. Este facto originava a duplicação de informação perfeitamente desnecessária.
ORGANIZAÇÃO X Aplicação A Depart. P Aplicação B Depart. Q Depart. T Aplicação C Depart. R Aplicação D Depart. S Aplicação E
Aplicação A Aplicação B Aplicação C
4
Depart. U Depart. V Depart. X
Fig. 2 cia dos sistemas de ap
orma, tomou-se evidente a necessidade de criar programas ou sistemas de
SGBD são programas ou conjuntos integrados de programas que permitem criar
ara manipular os mesmos
pendência dos dados num SGBD significa que é possível alterar a estrutura
– Dependên licação
Desta f
bases de dados capazes de gerir a informação de uma forma mais flexível, em que os dados pudessem ser separados e organizados de forma independente em relação aos programas de aplicação. E assim, surgiram os Sistemas de Gestão de Bases de Dados (SGBD).
Os
e manipular bases de dados, em que os dados são estruturados com independência relativamente aos programas de aplicação que os manipulam.
Deste modo, podem ser criadas diversas aplicações p
dados ou a mesma base de dados, em conformidade com as necessidades dos seus utilizadores.
A inde
dos dados de uma base de dados, quer ao nível físico quer ao nível conceptual, sem que isso implique a necessidade de reformular as aplicações que operam com os dados.
Departamento X Departamento Y
SGBD * Departamento Z Fig. 3 – Independência dos programas de aplicação
No entanto, os sistemas de bases de dados não gerem apenas a informação, eles comportam uma série de utilitários que visam facilitar a vida aos utilizadores e programadores.
Alguns dos produtos fornecidos pelos maiores fabricantes de SGBD são os seguintes:
9 Motor da base de dados (Data Engine);
9 Linguagem de pesquisa (Query Language);
9 Gerador de listagens (Report Generator);
9 Gerador de entradas de dados (Form Generator);
9 Interfaces para linguagens de programação de 3ª geração;
9 Linguagens de programação de 4ª geração (4GL – 4th Generation Language);
9 Processamento distribuído (produtos NET);
9 Bases de dados distribuídas (produtos STAR);
9 Interligação com outros sistemas de bases de dados (produtos GATEWAY);
9 Ferramentas: CASE (Computer-Aided Software Engineering);
O SGBD actual fornece à empresa um meio sólido de armazenamento da informação, suficientemente flexível para acompanhar as novas tecnologias, e sobretudo generaliza o acesso à informação, permitindo que qualquer utilizador através de procedimentos simples compile a informação que deseja.
6
Os três níveis da arquitectura de um SGBD
Um Sistema de Gestão de Bases de Dados é uma colecção de ficheiros de dados inter-relacionados e um conjunto de programas ou rotinas que permitem aos utilizadores o acesso à informação assim armazenada.
Os ficheiros de dados são guardados em suportes de armazenamento informático (discos, disquetes, cd's, etc...) e, a partir daí são manipulados pelos programas ou rotinas do SGBD em execução no computador.
O armazenamento dos ficheiros de dados em suportes informáticos e a forma como eles se encontram organizados nesses suportes constitui o chamado Nível Físico da base de dados.
Além de operar ao nível físico, o SGBD tem também de proporcionar aos utilizadores e programadores meios de estruturar ou organizar a informação, afim de esta vir a ser consultada e actualizada pelos utilizadores finais. É a esta estruturação e organização dos dados que se chama o Nível Conceptual de uma base de dados.
Por fim, o chamado Nível de Visualização corresponde à forma como são apresentados os interfaces gráficos aos utilizadores finais, que geralmente não têm, ou são poucos conhecimentos dos níveis físico e conceptual.
Armazenamento da informação em suportes informáticos Interface gráfico com o
utilizador Organização da informação em tabelas e relacionamentos Nível Físico Nível Conceptual Nível de visualização
Fig. 4 - Os três níveis da arquitectura de um SGBD Paulo Leocádio
Funções e estrutura de um SGBD
O trabalho com uma base de dados implica diversos tipos de operações sobre os ficheiros e os dados que eles contêm, tais como:
9 Inserir novos registos;
9 Procurar e visualizar um registo; 9 Eliminar registos existentes; 9 Seleccionar registos e/ou campos; 9 Ordenar os registos de um ficheiro;
9 Juntar ou intercalar registos de ficheiros diferentes; 9 Fazer cópias ou duplicações de ficheiros;
9 Alterar a estrutura de campos de um ficheiro; 9 Eliminar ficheiros;
Assim podemos distinguir os seguintes agrupamentos de operações típicas do trabalho com bases de dados:
Operações de definição e alteração da estrutura de uma BD
(Linguagem de Definição de Dados – DDL)
Criação de uma nova base de dados; Criação de um novo ficheiro ou tabela;
Alteração da estrutura de campos de uma tabela; Criação e alteração de ficheiros de índices;
Eliminação de ficheiros ou tabelas de uma base de dados;
Operações de manipulação de dados sem alteração da estrutura da BD
(Linguagem de Manipulação de Dados–LMD)
Consultas ou pesquisas de dados; Inserção de novos dados (registos);
Alteração de dados existentes (campos e registos); Eliminação de dados (registos);
Operações de controlo de dados
Têm a ver com a atribuição ou supressão dos direitos de acesso aos dados em relação a utilizadores ou grupos de utilizadores.
N NíívveellddeeVViissuuaalliizzaaççããoo N NíívveellCCoonncceeppttuuaall
•
•
OOppeerraaççõõeess ddee ccrriiaaççããoo ee a alltteerraaççããoo ddaa eessttrruuttuurraa ddaa b baasseeddeeddaaddooss•
•
OOppeerraaççõõeess ddee mmaanniippuullaaççããoo d deeddaaddooss;;•
•
OOppeerraaççõõeess ddee ccoonnttrroolloo ddooss d daaddooss;; N NíívveellFFííssiiccoo Paulo Leocádio 8O que é uma Base de Dados?
De um modo geral, pode-se definir uma Base de Dados como sendo um conjunto de dados ou informações relacionados entre si e organizados de forma a facilitar a sua utilização por parte do utilizador.
Ou ainda, como um sistema cuja finalidade é registar, actualizar, manter e disponibilizar a informação relevante para a actividade de uma organização.
Este conjunto de informações será partilhado e utilizado para diferentes objectivos e por diferentes utilizadores. No entanto, os utilizadores não só partilham informações como também têm necessidades e perspectivas diferentes dessas informações.
Quando se cria uma base de dados tem-se como objectivos: - Diminuir o espaço ocupado pela informação;
- Facilitar a actualização da informação; - Aumentar a velocidade de pesquisa; - Evitar a redundância de informação.
Vantagens na utilização de BD’s
Os benefícios aqui abordados dividem-se em três categorias principais, nomeadamente:
1. Benefícios de cceennttrraalliizzaaççãão de dados: o
- Redução/Eliminação de redundância de dados: evitar a repetição de informação desnecessária, reduzindo também o espaço ocupado pela base de dados;
- Melhoria na concorrência de dados: aumentar a eficiência no acesso aos dados; - Obtenção de informação atempadamente: Aceder e obter informação de forma mais
rápida e eficaz;
- Simplificação da infra-estrutura de informação: permitir uma estruturação e organização da informação de forma mais simples permitindo, deste modo, alcançar os pontos referidos acima.
2. Benefícios resultantes de uma melhor ggeessttããooddeeddaaddoos: s
- Organização e controlo dos dados: a simplificação da própria estrutura da base de dados implica benefícios na organização dos dados o que é uma mais valia para a gestão e controlo dos dados;
- Recuperação, backup e rasteio de dados: por vezes pode acontecer que se percam dados relevantes para a base de dados. Nestes casos é importante que hajam mecanismos de recuperação dos mesmos, de forma a ser possível o seu restauro. É importante, também, que a base de dados permita a execução de backups, isto é, de cópias de segurança da informação armazenada;
- Simplificação e aperfeiçoamento da segurança: a segurança é crucial nos dias de hoje. Não só para prevenir ataques externos à base de dados, mas também como forma de restringir o acesso aos dados por parte de utilizadores sem privilégios para tal;
- Melhor integridade dos dados: apresentar os dados com rigor e qualidade.
3. Melhoria de ppeerrffoorrmmaanncce através de: e
- Chamadas (calls) de aplicações: permitem que outras aplicações, que não aquela que gere a base de dados, acedam aos dados e os utilizem para obter determinados resultados;
- Mecanismos de recuperação (unit recovery mechanism, URM): são mecanismos que permitem a qualquer momento restaurar informação perdida pela base de dados.
Esquema e Instância de uma Base de Dados
Esquema: Consiste no design ou estrutura lógica com que a base de dados é definida, o modo como é concebida a organização da informação.
Instância: Refere-se aos dados concretos que a base de dados contém a cada momento, os quais podem variar com a utilização da base de dados.
9 O esquema de uma BD é concebido segundo um modelo conceptual e implementado num SGBD através da sua DDL.
9 A instanciação de uma BD é feita através dos recursos de manipulação dos dados do SGBD, portanto ao nível da LMD.
Modelos de Bases de Dados
O desenvolvimento de uma base de dados pode ser efectuado segundo diferentes modelos conceptuais.
Estes são um conjunto de ferramentas conceptuais, para descrever os dados, a sua semântica e restrições
Estes modelos podem ser agrupados em dois tipos:
Modelos baseados em objectos:
9Representam a realidade através de objectos;
9Os objectos são entidades reais (Aluno, Professor, Disciplina, ...); 9Alguns modelos:
• Entidade-Relacionamento; • Semânticos;
• Orientados por Objectos;
Modelos baseados em registos:
9Representam a realidade através de registos; 9Informação estruturada com o formato de campos; 9Alguns modelos:
• Hierárquico; • Rede; • Relacional.
Modelo Hierárquico
- Uma base de dados concebida segundo o modelo hierárquico consiste numa colecção de registos que se encontram relacionados entre si, através de relações; - A estrutura hierárquica de ligação entre os registos toma o aspecto de uma árvore
invertida;
- Cada registo (excepto o primeiro) encontra-se ligado a um outro denominado de superior hierárquico;
- Se um superior hierárquico for eliminado todos os que se encontram abaixo dele na estrutura hierárquica serão eliminados.
Modelo de rede
- Uma base de dados concebida segundo o modelo hierárquico também consiste numa colecção de registos que se encontram relacionados entre si, através de relações;
- A estrutura de ligação dos registos já não se apresenta em forma de árvore mas sim em forma de rede, o que implica uma maior flexibilidade em relação à forma como se podem ligar os registos.
ierárquico Fig. 5 – Modelo em Rede Fig. 4 – Modelo h
Modelo Entidade-Relacionamento
O modelo de Entidade-Relacionamento, foi desenvolvido para auxiliar o projecto de base de dados, através da especificação de um esquema que define a organização da base de dados.
É uma técnica que:
- utiliza uma abordagem top-down;
- baseia-se na identificação dos grandes objectos informacionais com interesse para o sistema a informatizar e nas associações entre estes;
- por ser gráfica, e suportar um número limitado de símbolos, permite representar o modelo de informação com:
• clareza;
• redução de esforço;
• facilidade de compreensão; • facilidade de apresentação.
O modelo E-R é baseado na percepção de que o mundo real é constituído por dois objectos: entidades e relacionamentos.
Entidades
São elementos relevantes, abstractos ou concretos, sobre os quais é necessário guardar informação.
Por exemplo:
9Pessoas ( Fornecedores, Empregados, Clientes, Alunos, etc...) 9Organizações ( Empresas, Hospitais, Escolas, Farmácias, etc...) 9Objectos ( Carro, Factura, Produtos, Boletim de Incrição, etc...)
Relacionamentos
Após a identificação das entidades a incluir no esquema da BD, e dos atributos que as definem, é necessário perceber o modo como estas entidades se relacionam entre si. Assim, um relacionamento é uma associação existente entre entidades.
Atributos e Ocorrências
Uma entidade é definida por um conjunto de dados que de alguma forma se encontram relacionados.
Os dados numa entidade encontram-se divididos em campos ou atributos que são os elementos que a caracterizam.
A cada ocorrência relativa a uma entidade dá-se o nome de registo.
Campo
Nome Morada Telefone
António Ponta Delgada 296123456
Manuel Angra do Heroísmo 295789012
Maria Horta 291345678
Registo
Valores e Domínios dos atributos
Os atributos das entidades são preenchidos com VALORES. São estes valores que caracterizam e identificam cada entidade.
Exemplo:
O nome próprio de uma pessoa: Ana, Maria, João, Francisco, etc... O estado civil de uma pessoa: Solteiro, casado, divorciado.
Cada atributo de uma entidade pode tomar os seus valores dentro de um determinado conjunto – DOMÍNIO – que não é mais do que o conjunto de todos os valores que esse atributo pode assumir.
Exemplo:
Os valores para a idade de uma pessoa só podem ser numéricos, nunca podendo conter valores alfanuméricos. Assim, o seu domínio será o dos números inteiros.
Tipos de atributos
Os atributos de uma entidade podem ser de dois tipos:
ATÓMICOS – Não é possível decompor esses atributos em unidades mais elementares.
Exemplo: nº de aluno, idade, nome próprio, BI, NIF, etc...
COMPOSTOS – São atributos que podem ser decompostos em unidades mais elementares.
Exemplo:
- O nome completo de uma pessoa pode ser decomposto em nome próprio, sobrenome e restantes.
- A data que pode ser decomposta em dia, mês e ano.
- A hora que pode ser decomposta em hora, minuto e segundo.
Atributo Identificador
Entre os diversos atributos que definem uma entidade deve existir um ou mais campos que identifiquem inequivocamente cada registo. A este(s) atributo(s) dá-se o nome de Atributo Identificador.
ATRIBUTO IDENTIFICADOR – É o atributo que deve identificar sem ambiguidades cada entidade concreta. Para cada entidade deve existir sempre um atributo deste tipo. Geralmente, este atributo desempenha o papel de chave numa entidade ou tabela.
Exemplo: Consideremos a entidade Filmes e os seus atributos:
FILMES (Nº Filme, Título, Actor, Realizador, Duração, Classificação)
O campo Nº Filme é um atributo identificador pelo facto de identificar inequivocamente cada ocorrência (filme) da entidade.
Chave Primária
CHAVE PRIMÁRIA – É um atributo identificador que representa univocamente cada ocorrência ou registo de uma tabela.
Existem dois tipos de chave primária:
Simples - constituída apenas por um atributo;
Composta - constituída por dois ou mais atributos.
Uma chave primária deve ser:
Unívoca – O valor da chave primária deve ser único para todos os registos.
Não Redundante – No caso de uma chave composta não devem ser incluídos mais campos do que os necessários.
Não Nula – Nenhum dos valores que compõem a chave primária pode conter valores nulos.
Exemplo 1) Consideremos a entidade Cd´s que é caracterizada pelos seguintes atributos: CD´s ( Nº Cd, Título, Intérprete, Editora)
O atributo que a identifica univocamente é Nº de Cd visto ser o único cujos valores nunca se irão repetir.
Deste modo, conclui-se que a chave primária da entidade CD´s é simples.
Exemplo 2) Consideremos a entidade Faixas de um Cd que é caracterizada pelos seguintes atributos:
Faixas ( Nº Cd, Nº Faixa, Título, Duração, Género)
Neste caso, os atributos que a identificam univocamente são Nº de Cd e Nº Faixa, visto serem os únicos cujos valores nunca se irão repetir.
Deste modo, conclui-se que a chave primária da entidade Faixas é composta.
Chave Estrangeira ou Externa
CHAVE ESTRANGEIRA OU EXTERNA – É um atributo que definido como chave primária de uma tabela é incluído na estrutura de uma outra tabela.
Exemplo: Consideremos as entidades Cd´s e Faixas, que identificam um Cd e as suas respectivas Faixas.
CD´s ( Nº Cd, Título, Intérprete, Editora)
Faixas ( Nº Cd, Nº Faixa, Título, Duração, Género)
O atributo Nº de Cd da entidade Faixas faz parte da sua chave primária, no entanto como é chave primária da entidade CD´s é considerado uma chave estrangeira na entidade Faixas.
Relacionamentos entre entidades
O relacionamento entre entidades é um dos propósitos das bases de dados relacionais, daí a importância dada à selecção da chave primária, pois é através destas que são estabelecidas as associações entre as diferentes entidades.
Os símbolos convencionados para se representar estes relacionamentos são em número reduzido, com significados específicos e fáceis de distinguir:
Entidade Atributo
---
Atributo chave RelacionamentoExemplo: Consideremos as entidades Cd´s e Faixas, e os seus atributos definidos anteriormente.
A relação existente entre estas entidades pode ser representada da seguinte forma:
Tipos de Relacionamentos
São as formas como as entidades se relacionam num determinado modelo de informação. As associações podem classificar-se em unárias, binárias e complexas.
UNÁRIAS associam uma entidade com ela própria.
CD´s Faixas Nº Cd Título Intérprete Editora Nº Cd Nº Faixa Inclui joga EQUIPA Género Duração Título
Neste caso, uma equipa joga com outra equipa.
BINÁRIAS associam duas entidades.
pertence
ALUNO TURMA
Neste tipo de relacionamento, um aluno pertence a uma turma.
COMPLEXAS associam mais do que duas entidades.
disputa
MODALIDADE
PROVA ATLETA
Tem-se que um atleta que pratica uma determinada modalidade disputa uma prova dessa modalidade.
Observação: Regra geral, uma associação do tipo complexa ternária dá origem a uma entidade associativa.
Grau de Relacionamento
É a participação máxima (limite superior) de cada uma das entidades nas associações a que está ligada.
O grau de relacionamento é independente do tipo de associação. Tendo em conta o seu grau, os relacionamentos classificam-se em:
Relacionamento 1:1 (um para um)
Relacionamento 1:N (um para muitos)
Relacionamento M:N (muitos para muitos)
Qualidade de participação
É a participação mínima (limite inferior) da entidade na associação a que está ligada. A participação de cada entidade é ou pode ser diversa de associação para associação.
A qualidade de participação de uma entidade classifica-se em obrigatória e não obrigatória.
OBRIGATÓRIA quando não pode haver qualquer ocorrência que não esteja associada a alguma ocorrência da outra entidade que participa na associação.
NÃO OBRIGATÓRIA quando pode haver ocorrências numa entidade, mesmo que não associadas a alguma ocorrência da outra entidade que participa na associação.
Derivação de tabelas
Analisando o grau de relacionamento e a qualidade de participação é possível identificar o número de tabelas necessárias para cada relacionamento.
Assim:
UMA TABELA
9 Relacionamentos de 1:1 com participação obrigatória de ambas as entidades.
DUAS TABELAS
9 Relacionamento de 1:1 com participação obrigatória de uma das entidades, em que nesta é adicionada uma chave externa;
9 Relacionamentos de 1:N ou N:1 com participação obrigatória do lado N, em que nesta é adicionada uma chave externa.
TRÊS TABELAS
A terceira tabela é responsável pelo relacionamento entre as outras duas e nela serão incluídas como chaves externas as chaves primárias das outras duas. A esta tabela dá-se o nome de Entidade Associativa.
9 Relacionamentos de N:N;
9 Relacionamentos de 1:N ou N:1 com participação não obrigatória do lado N;
9 Relacionamentos de 1:1 com participação não obrigatória de ambas as entidades.
22
Normalização de tabelas
A normalização é um processo que consiste em estruturar as tabelas e atributos de forma a eliminar redundâncias e evitar problemas com a inserção, eliminação e actualização dos dados.
Este processo é composto pelas chamadas formas normais: - 1ª Forma Normal (1ª FN);
- 2ª Forma Normal (2ª FN); - 3ª Forma Normal (3ª FN);
________________________________ - Forma Normal de Boyce-Codd (FNBC); - 4ª Forma Normal (4ª FN);
- 5ª Forma Normal (5ª FN);
Um modelo de base de dados que respeite os princípios estipulados até à 3ª FN é considerado adequadamente elaborado para funcionar num SGBD relacional.
Existe uma hierarquia de formas normais que pode ser apresentada através de um conjunto de círculos concêntricos.
3F
2FN
2FN
1FN
1FN
Se estiver na 1FN e se todos os atributos que não pertencem à chave primária dependem da totalidade da chave e não de nenhum dos seus elementos ou conjuntos isoladamente. Todos os atributos assumem apenas valores atómicos ou elementares, isto é, não podem ser tipo subconjunto.Se estiver na 2FN e se dos atributos que não pertencem à chave forem independentes entre si.
Em geral, este processo de normalização consiste no seguinte:
Definição das entidades com todos os atributos considerados relevantes;
Análise das relações e dependências entre os atributos de cada entidade, comparando-as com as formas normais;
Reestruturação de atributos e/ou derivação de entidades sempre que apresentem características que não estejam de acordo com as formas normais;
Repetição do processo até que todas as entidades estejam na forma normal pretendida.
1ª Forma Normal (1ª FN)
Uma tabela encontra-se na 1ª FN se todos os seus atributos estiverem definidos em domínios que contenham apenas valores atómicos, isto é, os domínios devem ser formados por valores elementares e não por conjuntos de valores.
Vejamos o seguinte exemplo:
Imaginemos uma tabela destinada a registar a informação sobre os alunos e as disciplinas em que estes estão matriculados:
1º caso) ALUNOS (CodAluno, Nome, Morada, Disciplinas)
Esta tabela não obedece à primeira forma normal (1FN), uma vez que o atributo Disciplinas admite conjuntos de valores. Consideremos a tabela com alguns dados como exemplo:
CodAluno Nome Morada Disciplinas
1214 Rui Costa Rua A Português, Matemática, Física 1250 Ana Maria Rua B Latim, Português, Inglês
1356 Carla Silva Av. ABC Economia, Matemática, Direito 1456 Hugo Leal Bairro DEF Português, Matemática
Como podemos constatar, o atributo Disciplinas apresenta o conjunto de disciplinas frequentadas por cada aluno.
Poderíamos, no entanto, repetir os valores na tabela para que o atributo Disciplinas apenas contivesse um único valor (2º caso).
2º caso) ALUNOS (CodAluno, Nome, Morada, Disciplina1, Disciplina2, Disciplina3,...)
Esta tabela não obedece à primeira forma normal (1FN) porque, embora todos os campos sejam atómicos, existem campos repetidos para a mesma categoria. Consideremos a tabela com alguns dados como exemplo:
CodAluno Nome Morada Disciplina1 Disciplina2 Disciplina3
1214 Rui Costa Rua A Português Matemática Física
1250 Ana Maria Rua B Latim Português Inglês
1356 Carla Silva Av. ABC Economia Matemática Direito 1456 Hugo Leal Bairro DEF Português Matemática
Como podemos constatar os atributos Disciplina1, Disciplina2 e Disciplina3 aparecem como campos repetidos para a mesma categoria.
A solução para este problema, ou seja, para a tabela se encontrar na 1ª FN é a apresentada no 3º caso.
3º caso) ALUNOS (CodAluno, Nome, Morada, Disciplina)
CodAluno Nome Morada Disciplina
1214 Rui Costa Rua A Português
1214 Rui Costa Rua A Matemática
1214 Rui Costa Rua A Física
1250 Ana Maria Rua B Latim
1250 Ana Maria Rua B Português
1250 Ana Maria Rua B Inglês
1356 Carla Silva Av. ABC Economia 1356 Carla Silva Av. ABC Matemática 1356 Carla Silva Av. ABC Direito 1456 Hugo Leal Bairro DEF Português 1456 Hugo Leal Bairro DEF Matemática
A tabela ALUNOS agora está na 1FN, pois todos os atributos contêm apenas valores elementares.
Apresenta, no entanto, grande redundância de informação, que se reflecte na repetição dos identificadores dos nomes e moradas dos alunos. Para além desse inconveniente, podem apontar-se ainda os seguintes:
Problemas de actualização - se a morada de um aluno for alterada, essa alteração tem de ser feita em várias linhas da tabela, sob o risco de gerar incoerências na Base de Dados, isto é, numa determinada linha o aluno poderá aparecer uma morada e noutra linha outra;
Problemas de inserção – com a tabela estruturada desta maneira torna-se impossível registar um aluno que não esteja matriculado a nenhuma disciplina mas que se encontra a fazer apenas exames, sem o atributo DISCIPLINA fique com valor nulo não obedecendo à regra de integridade de entidade;
Problemas de eliminação - porque para anular a matrícula de um aluno implica ter de eliminar várias linhas da tabela, e mesmo perder a informação do aluno, tal como NÚMERO, NOME e MORADA.
Dependência funcional
Um atributo ou conjunto de atributos é determinante de outros atributos quando os identifica de modo unívoco.
Os atributos identificados de modo unívoco por um outro atributo, ou conjunto de atributos, são funcionalmente dependentes deste último.
Considerando a seguinte entidade:
ALUNOS (CodAluno, Nome, Morada, CodDisciplina, Disciplina)
Temos que:
- Nome e Morada são dependentes de CodAluno - Disciplina é dependente de CodDisciplina
2ª Forma normal (2ª FN)
Uma tabela encontra-se na 2ª FN se:
• estiver na primeira forma normal (1FN);
• todos os atributos que não pertencem à chave, dependem da chave através de uma dependência funcional elementar, isto é, dependem da totalidade da chave e não de um dos seus atributos ou subconjuntos isoladamente.
Esta condição evidentemente só se aplica no caso da chave ser composta por mais de um atributo. Caso a chave seja constituída por um único atributo, chave simples, a condição imposta é que os restantes atributos dependam funcionalmente da chave.
Vejamos o seguinte exemplo:
Imaginemos uma tabela destinada a registar a informação sobre as encomendas efectuadas por clientes e os produtos nelas contidos:
ENCOMENDAS (Nº Encomenda, DataEnc, TotalEnc, CodCliente, NomeCli, Morada, CodProduto, Designação, PreçoUnitário, Quantidade, TotalProd)
• A tabela encontra-se na 1ª FN porque todos os campos são atómicos e não existe repetição de valores;
• O campo Nº Encomenda identifica cada encomenda feita por um cliente;
• De Nº Encomenda dependem os campos: DataEnc, TotalEnc, CodCliente, NomeCli e Morada;
• De CodProduto dependem os campos: Designação, PreçoUnitário, Quantidade, TotalProd;
A tabela não se encontra na 2ª FN porque existem campos que dependem de partes da chave. Assim, aplicando a normalização, obtém-se as seguintes tabelas:
ENCOMENDAS (Nº Encomenda, DataEnc, TotalEnc, CodCliente, NomeCli, Morada)
DETALHE (Nº Encomenda, CodProduto, Designação, PreçoUnitário, Quantidade, TotalProd)
• A tabela ENCOMENDAS encontra-se na 2ª FN, visto já estar na 1ª FN e ter um chave simples, o que implica que todos os atributos não-chave dependem da totalidade da chave;
• A tabela DETALHE não se encontra na 2ª FN, porque existem alguns atributos não-chave que dependem funcionalmente de parte da chave;
• De Nº Encomenda dependem os campos: CodProduto, Quantidade e TotalProd;
• De CodProduto dependem os campos: CodProduto, Designação, PreçoUnitário.
Assim, obtemos as seguintes tabelas:
ENCOMENDAS (Nº Encomenda, DataEnc, TotalEnc, CodCliente, NomeCli, Morada)
DETALHE (Nº Encomenda, CodProduto, Quantidade, TotalProd)
3ª Forma normal (3ª FN)
Uma tabela encontra-se na 3ª FN se:
• estiver na primeira forma normal (2FN);
• nenhum atributo não-chave depender funcionalmente de algum outro atributo que não seja a chave, isto é, todos os atributos não-chave dependem funcionalmente apenas da chave;
Voltando ao exemplo anterior, obtivemos as seguintes tabelas:
ENCOMENDAS (Nº Encomenda, DataEnc, TotalEnc, CodCliente, NomeCli, Morada)
DETALHE (Nº Encomenda, CodProduto, Quantidade, TotalProd)
PRODUTOS (CodProduto, Designação, PreçoUnitário)
Vamos verificar se as tabelas encontram-se na 3ª FN:
1) PRODUTOS (CodProduto, Designação, PreçoUnitário)
Entre os seus atributos não-chave (Designação e PreçoUnitário) não existe qualquer dependência funcional, pelo que a tabela encontra-se na 3ª FN.
2) DETALHE (Nº Encomenda, CodProduto, Quantidade, TotalProd)
Entre os seus atributos não-chave (Quantidade e TotalProd) não existe qualquer dependência funcional, pelo que a tabela encontra-se na 3ª FN.
3) ENCOMENDAS (Nº Encomenda, DataEnc, TotalEnc, CodCliente, NomeCli, Morada)
Nesta tabela existe um grupo de atributos não-chave que dependem de um outro atributo não-chave:
NomeCli e Morada dependem funcionalmente de CodCliente. Deste modo, conclui-se que esta tabela não se encontra na 3ª FN.
Assim, devem ser retirados da tabela os atributos dependentes de CodCliente e constituir com eles uma nova tabela:
CLIENTES (CodCliente, NomeCli, Morada)
Que já se encontra na 3ª FN, pois:
- todos os seus atributos são atómicos (1ª FN);
- tem uma chave simples o que implica que todos os atributos não-chave dependem da totalidade da chave (2ª FN);
